半導(dǎo)體封測(cè)行業(yè)研究:周期底部,復(fù)蘇可期
(報(bào)告出品方/作者:浙商證券,蔣高振、褚旭)
1 技術(shù)與需求升級(jí)雙驅(qū)動(dòng),產(chǎn)業(yè)有望見底復(fù)蘇
1.1 產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移釋放紅利,國(guó)內(nèi)封測(cè)迎發(fā)展良機(jī)
封測(cè)是集成電路產(chǎn)業(yè)的后序工藝,已發(fā)展成為獨(dú)立子行業(yè)。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試,隨著半導(dǎo)體技術(shù)日益成熟,各個(gè)環(huán)節(jié)目前已分別發(fā)展成獨(dú)立成熟的子行業(yè)。按照芯片產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,集成電路設(shè)計(jì)是集成電路行業(yè)的上游,集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)提供的產(chǎn)品方案,通過代工方式由晶圓代工廠商、封裝廠商和測(cè)試廠商完成芯片的制造、封裝和測(cè)試環(huán)節(jié),將芯片成品作為元器件銷售給電子設(shè)備制造廠商。根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),2021 年中國(guó)封測(cè)業(yè)占集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的 26.4%。
集成電路封裝使用特定材料和技術(shù)工藝保護(hù)芯片性能。集成電路芯片對(duì)使用環(huán)境具有較高的要求,空氣中的雜質(zhì)、腐蝕性氣體甚至水蒸氣都會(huì)腐蝕集成電路芯片上的精密蝕刻電路,導(dǎo)致芯片性能下降或失效。封裝環(huán)節(jié)使用特定工藝將集成電路芯片包裹起來,防止外部環(huán)境對(duì)芯片造成損害,并將芯片上的接點(diǎn)連接到封裝外殼上,實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部功能的外部延伸。
集成電路測(cè)試在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中起重要作用。集成電路產(chǎn)品開發(fā)是否成功、產(chǎn)品生產(chǎn)是否合格、產(chǎn)品應(yīng)用是否優(yōu)良均需要驗(yàn)證與測(cè)試。測(cè)試環(huán)節(jié)可以確保芯片良率、減少封裝成本,測(cè)試數(shù)據(jù)可以用于指導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)和封裝環(huán)節(jié)的工藝改進(jìn)。按測(cè)試內(nèi)容分類,集成電路測(cè)試可分為參數(shù)測(cè)試和功能測(cè)試。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈正向中國(guó)大陸遷移,亞太地區(qū)封測(cè)新產(chǎn)能不斷擴(kuò)張。20 世紀(jì)70年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在美國(guó)形成規(guī)模,美國(guó)一直保持著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)第一的地位,而后重心向日本遷移;20 世紀(jì) 90 年代到 21 世紀(jì)初,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重心向中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)遷移。目前全球正經(jīng)歷半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈重心轉(zhuǎn)移至中國(guó)大陸的第三次遷移,為我國(guó)集成電路實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代提供良好機(jī)遇。全球封測(cè)龍頭廠商相繼接力擴(kuò)產(chǎn),秉持生產(chǎn)基地秉承靠近客戶原則,新建擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目主要集中在亞洲地區(qū)。
大陸封測(cè)市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)向上突破,已成為我國(guó)半導(dǎo)體領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。隨著我國(guó)集成電路國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加深、下游應(yīng)用領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展以及國(guó)內(nèi)封測(cè)龍頭企業(yè)工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步,國(guó)內(nèi)封測(cè)行業(yè)市場(chǎng)空間將進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù) Frost & Sullivan 數(shù)據(jù),中國(guó)大陸封測(cè)市場(chǎng)2021-2025E CAGR 約為 7.50%, 2025 年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到3,551.90 億元,占全球封測(cè)市場(chǎng)約為 75.61%。從封測(cè)全球格局看,目前中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸和美國(guó)占據(jù)主要市場(chǎng)份額,2021 年前十大 OSAT 廠商中,中國(guó)臺(tái)灣有五家,市占率為40.72%;中國(guó)大陸有三家,市占率為 20.08%;美國(guó)一家,市占率為 13.5%;新加坡一家,市占率為3.2%。
1.2 23H2 行業(yè)復(fù)蘇可期,有望開啟新成長(zhǎng)
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有強(qiáng)周期性特征,目前仍處于下行階段。2020 年線上經(jīng)濟(jì)崛起疊加經(jīng)濟(jì)刺激,催化消費(fèi)電子爆發(fā)和汽車電子加速滲透,行業(yè)景氣度逐步復(fù)蘇。2022 年受歐洲地緣政治風(fēng)險(xiǎn)升級(jí)、美國(guó)持續(xù)高通脹、全球疫情反復(fù)等外部因素影響,全球三大半導(dǎo)體市場(chǎng)需求持續(xù)低迷,2022H2 半導(dǎo)體銷售額增速逐季下滑。隨疫情放開全球經(jīng)濟(jì)回暖,5G、數(shù)據(jù)中心、智能汽車等下游需求持續(xù)發(fā)展,2023 年有望迎來觸底反彈。據(jù)臺(tái)積電預(yù)測(cè),2023H1全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈庫(kù)存水位將回落至健康水平,2023H2 市場(chǎng)有望實(shí)現(xiàn)復(fù)蘇。
下游廠商進(jìn)入庫(kù)存去化周期,封測(cè)行業(yè)訂單有所下滑。封測(cè)作為半導(dǎo)體加工的下游環(huán)節(jié),受下游半導(dǎo)體市場(chǎng)及終端消費(fèi)市場(chǎng)需求波動(dòng)影響,也存在較為明顯的周期特性。繁榮階段下游廠商提前備貨導(dǎo)致庫(kù)存高企,封測(cè)企業(yè)訂單量持續(xù)下滑,行業(yè)設(shè)備稼動(dòng)率整體處于低位。市場(chǎng)景氣度下滑將驅(qū)動(dòng)行業(yè)庫(kù)存加速出清,伴隨未來下游需求復(fù)蘇,供需結(jié)構(gòu)將逐步改善,封測(cè)環(huán)節(jié)有望充分受益。 封測(cè)板塊重點(diǎn)公司估值回落至歷史地位,或已充分消化行業(yè)下行預(yù)期。以A股上市公司長(zhǎng)電科技、通富科技、晶方科技為例,三家公司當(dāng)前股價(jià)對(duì)應(yīng)PE 分別為14.9/40.0/35.3倍,歷史分位為 0.4%/1.4%/4.9%;當(dāng)前股價(jià)對(duì)應(yīng) PB 分別為2.06/2.63/3.41,歷史分位為15.3%/16.6%/11.8%,(數(shù)據(jù)再次核對(duì))均處于歷史低位,接近2018~2019 年下行周期底部水平。隨著經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇需求修復(fù)、行業(yè)景氣度好轉(zhuǎn)等,封測(cè)公司業(yè)務(wù)有望開啟新一輪成長(zhǎng)。
1.3 下游新興應(yīng)用蓬勃發(fā)展,注入長(zhǎng)期成長(zhǎng)動(dòng)力
未來新興下游應(yīng)用需求發(fā)展帶動(dòng)封測(cè)技術(shù)升級(jí)及規(guī)模增長(zhǎng)。在大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的加持下,全球電子信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)入裂變式發(fā)展階段,5G 通訊終端、高性能計(jì)算(HPC)、智能汽車、數(shù)據(jù)中心等新興應(yīng)用正在加速半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的變革與發(fā)展,對(duì)封測(cè)工藝及產(chǎn)品性能提出了更高的要求。隨著有更多功能、更高頻率、更低功耗芯片需求的下游產(chǎn)業(yè)回暖,封測(cè)行業(yè)將迎來新一輪發(fā)展機(jī)遇。
高性能計(jì)算持續(xù)增長(zhǎng),人工智能融合助力發(fā)展。后疫情時(shí)代,遠(yuǎn)程工作和在線學(xué)習(xí)模式成為常態(tài),全球網(wǎng)絡(luò)生成和通信的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),對(duì)更高計(jì)算能力和更少延遲的需求大幅增加。更多的行業(yè)將需要芯片互聯(lián)架構(gòu)與高速網(wǎng)絡(luò),通過高速處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算來解決性能密集型問題,HPC 市場(chǎng)將持續(xù)擴(kuò)張。據(jù)TrendForce 預(yù)測(cè),2021年-2027E全球 HPC 市場(chǎng)規(guī)模將從 368 億美元增長(zhǎng)至 568 億美元,CAGR 為7.5%。同時(shí),預(yù)計(jì)到2025年,將有超過 85%的企業(yè)采用云優(yōu)先原則,超過 95%的新數(shù)字工作負(fù)載將部署在云本地平臺(tái)上。據(jù) Wind 數(shù)據(jù)顯示,2021-2023E,全球云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從4,126 億美元漲至5,918億美元,CAGR 為 19.76%。
存儲(chǔ)芯片應(yīng)用廣泛,市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。存儲(chǔ)芯片在全球集成電路市場(chǎng)銷售額中占比最高,2021 年占比為 30.9%。據(jù) WSTS 預(yù)測(cè), 2023 年全球存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1,675億美元,2019-2023E CAGR 為 12.0%。目前,我國(guó)存儲(chǔ)器國(guó)產(chǎn)化率較低,急需發(fā)展自主可控的存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)鏈,存儲(chǔ)器國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)空間巨大。據(jù) WSTS 預(yù)測(cè),2023 年國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 6,492 億元,2019-2023E CAGR 為 5.6%。
汽車電子化帶動(dòng)功率 IC、控制芯片、傳感器和電源管理芯片的需求增長(zhǎng)。純電動(dòng)車電子器件成本占比高達(dá) 65%,遠(yuǎn)高于燃油車的 15%,受益于新能源汽車的蓬勃發(fā)展,預(yù)計(jì)汽車電子封裝市場(chǎng)規(guī)模 2024 年將達(dá)到 90 億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為10%。功率IC是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電力輸配、新能源及變頻家電等領(lǐng)域。據(jù) Omida 預(yù)測(cè),隨著全球雙碳經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展,將帶來更多綠色能源發(fā)電、綠色汽車、充電樁、儲(chǔ)能等需求,預(yù)計(jì) 2022 年我國(guó)功率 IC 市場(chǎng)規(guī)模為 191 億美元,同比增長(zhǎng)4.4%。
1.4 先進(jìn)封裝延續(xù)摩爾定律,龍頭廠商加快布局
封裝技術(shù)正不斷從傳統(tǒng)向先進(jìn)封裝演進(jìn)。全球集成電路封裝技術(shù)目前共經(jīng)歷五個(gè)發(fā)展階段。結(jié)合行業(yè)內(nèi)按照封裝工藝分類的慣例,封裝分為傳統(tǒng)封裝(第一階段和第二階段)及先進(jìn)封裝(第三至第五階段)。根據(jù)技術(shù)路徑與指標(biāo)差異,先進(jìn)封裝可細(xì)分為中端先進(jìn)封裝(第三階段中大部分)與高端先進(jìn)封裝(第三階段中少部分以及第四至第五階段)。傳統(tǒng)封裝與先進(jìn)封裝的主要區(qū)別包括鍵合方式由傳統(tǒng)的引線鍵合發(fā)展為球狀凸點(diǎn)焊接,封裝元件概念演變?yōu)榉庋b系統(tǒng),封裝對(duì)象由單芯片向多芯片發(fā)展,由平面封裝向立體封裝發(fā)展。
先進(jìn)封裝技術(shù)提升芯片整體性能成為集成電路行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。2015 年后,集成電路制程發(fā)展進(jìn)入瓶頸期,7nm、5nm、3nm 制程的量產(chǎn)進(jìn)度均落后于預(yù)期。隨著臺(tái)積電宣布2nm 制程工藝實(shí)現(xiàn)突破,集成電路制程工藝已接近物理尺寸的極限,進(jìn)一步突破難度較大,受成本大幅增長(zhǎng)和技術(shù)壁壘等影響改進(jìn)速度放緩。據(jù) IC Insights 統(tǒng)計(jì),28nm制程節(jié)點(diǎn)的芯片開發(fā)成本為 5,130 萬美元,16nm 節(jié)點(diǎn)的開發(fā)成本為1 億美元,7nm節(jié)點(diǎn)的開發(fā)成本需要 2.97 億美元,5nm 節(jié)點(diǎn)開發(fā)成本上升至 5.4 億美元。
先進(jìn)封裝市場(chǎng)增長(zhǎng)顯著,為全球封測(cè)市場(chǎng)貢獻(xiàn)主要增量。隨著電子產(chǎn)品進(jìn)一步朝向小型化與多功能發(fā)展,芯片尺寸越來越小,芯片種類越來越多,其中輸出入腳數(shù)大幅增加,使得3D 封裝、扇形封裝(FOWLP/PLP)、微間距焊線技術(shù)以及系統(tǒng)封裝(SiP)等技術(shù)的發(fā)展成為延續(xù)摩爾定律的最佳選擇之一,先進(jìn)封裝技術(shù)在整個(gè)封裝市場(chǎng)的占比正在逐步提升。據(jù)Yole數(shù)據(jù),2020 年先進(jìn)封裝全球市場(chǎng)規(guī)模為 304 億美元,占比為45%;預(yù)計(jì)2026 年市場(chǎng)規(guī)模增至 475 億美元,占比達(dá) 50%,2020-2026E CAGR 約為 7.7%,優(yōu)于整體封裝市場(chǎng)和傳統(tǒng)封裝市場(chǎng)成長(zhǎng)性。
半導(dǎo)體廠商擴(kuò)大資本支出,強(qiáng)力布局先進(jìn)封裝。據(jù) Yole 數(shù)據(jù),2021 年半導(dǎo)體廠商在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的資本支出約為 119 億美元,英特爾、臺(tái)積電、日月光、三星等分別投入35、30、20、15 億美元。未來,隨著 HPC、汽車電子、5G 等領(lǐng)域的先進(jìn)封裝需求增加,將帶動(dòng)先進(jìn)封測(cè)需求,提前布局廠商有望率先受益。
中國(guó)大陸封測(cè)市場(chǎng)目前主要以傳統(tǒng)封裝業(yè)務(wù)為主,隨著國(guó)內(nèi)領(lǐng)先廠商不斷通過海內(nèi)外并購(gòu)及研發(fā)投入,先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)快速發(fā)展。經(jīng)過多年的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)積累,內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)品已由 DIP、SOP、SOT、QFP 等產(chǎn)品向 QFN/DFN、BGA、CSP、FC、TSV、LGA、WLP等技術(shù)更先進(jìn)的產(chǎn)品發(fā)展,并且在 WLCSP、FC、BGA 和TSV 等技術(shù)上取得較為明顯的突破,產(chǎn)量與規(guī)模不斷提升,逐步縮小與外資廠商之間的技術(shù)差距,極大地帶動(dòng)我國(guó)封裝測(cè)試行業(yè)的發(fā)展。據(jù) Frost&Sullivan 預(yù)測(cè),2020 年中國(guó)大陸先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到351.3億元,2025 年將增長(zhǎng)至 1,136.6 億元,2020-2025ECAGR 為 26.47%。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè),中國(guó)先進(jìn)封裝產(chǎn)值占全球比重有望進(jìn)一步提高,預(yù)計(jì) 2022 年將達(dá)到16.6%。
2 Chiplet 方興未艾,先進(jìn)封測(cè)持續(xù)創(chuàng)新
2.1 “架構(gòu)優(yōu)化+封裝升級(jí)”雙管齊下,Chiplet 方案優(yōu)勢(shì)凸顯
Chiplet 是依托高級(jí)封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片性能提升、成本可控的高效架構(gòu)設(shè)計(jì)模式。目前主流系統(tǒng)級(jí) SoC 方案是在單芯片(monolithic)方案集成具有特定功能的IP核,Chiplet方案在設(shè)計(jì)上延續(xù) SoC 的異構(gòu)集成概念,融合空間維度以合適的工藝節(jié)點(diǎn)將IP核切分為可模塊化組裝的小裸片(die),并通過先進(jìn)封裝技術(shù)(比如 3D 堆疊、扇形封裝、微間距焊線技術(shù)等)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝。
Chiplet 方案可以自由選擇不同分區(qū)的工藝節(jié)點(diǎn)。主流SoC 單晶片系統(tǒng)中,不同功能和類型的電路單元只能采用同一種工藝節(jié)點(diǎn),然而不同芯片的工藝需求不同,如邏輯芯片、模擬芯片、射頻芯片、存儲(chǔ)器等往往成熟制程節(jié)點(diǎn)是不同的,模擬芯片如果采用高級(jí)制程可能會(huì)導(dǎo)致漏電、噪聲等問題。Chiplet 模式下不同功能裸片,可自由選擇性價(jià)比更高的制程方案,并通過先進(jìn)封裝來進(jìn)行組裝,相比傳統(tǒng) SoC 方案更具靈活性。
Chiplet 設(shè)計(jì)有利于提高良品率,解決晶體管微縮工藝接近極限和制造費(fèi)用高企的問題。由于光掩模尺寸限制,傳統(tǒng)復(fù)雜 SoC 已接近硅單芯片的物理極限,同時(shí)先進(jìn)制程由缺陷密度帶來的良率損失會(huì)增加,從而導(dǎo)致 SoC 芯片流片費(fèi)用居高不下。根據(jù)WikiChip測(cè)算,缺陷密度一定時(shí),小面積裸片良品率相對(duì)提升明顯,證明 Chiplet 方案將大裸片“切”成小裸片是提升單個(gè)晶圓良率的有效途徑。AMD 于 ISSCC 2020 重點(diǎn)展示的Gen2 EPYC處理器采用 Chiplet 方案,使用 14nm 成熟制程的 I/O 模塊節(jié)省固定成本,且相比SoC單芯片方案,內(nèi)核數(shù)越大,芯片復(fù)雜程度越高,Chiplet 方案成本優(yōu)勢(shì)越明顯。
相比傳統(tǒng) SoC 芯片,Chiplet 方案進(jìn)一步化繁就簡(jiǎn),強(qiáng)化IP 可復(fù)用性,有助于降低設(shè)計(jì)成本和產(chǎn)品開發(fā)周期。本質(zhì)來說,Chiplet 是一種硅片級(jí)別的IP 復(fù)用,IP 核小芯片化后等同于經(jīng)過設(shè)計(jì)和制程優(yōu)化后生產(chǎn)出的硬件化產(chǎn)品,避免 SoC 方案形成系統(tǒng)級(jí)芯片后的軟硬件協(xié)同驗(yàn)證、后端設(shè)計(jì)、流片制造、封裝測(cè)試等必要流程,有效減少設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和成本。同時(shí) Chiplet 模式下可對(duì)芯片的不同單元進(jìn)行選擇性迭代,迭代部分裸芯片后便可制作出下一代產(chǎn)品,大幅縮短產(chǎn)品上市周期。Chiplet 方案在架構(gòu)設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)環(huán)節(jié)上均已具備成熟的技術(shù)支撐,是在摩爾定律趨緩背景下的半導(dǎo)體工藝發(fā)展方向之一。1)AMD、Intel 相繼推出基于Chiplet 方案的第四代高性能服務(wù)器 CPU,代表主流廠商在大型系統(tǒng)級(jí)芯片的多層布局布線、裸片互聯(lián)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜設(shè)計(jì)問題上實(shí)現(xiàn)突破。2)多芯片封裝解決方案發(fā)展始于1980s,近年SIP、EMIB、3D-IC、異質(zhì)集成等多芯片封裝技術(shù)的相繼突破,為 Chiplet 方案從技術(shù)構(gòu)想走入現(xiàn)實(shí)奠定基礎(chǔ)。
2.2 “HPC+IoT”解決方案,Chiplet 市場(chǎng)前景廣闊
Chiplet 方案在架構(gòu)設(shè)計(jì)上彈性高,有望成為 HPC 和IoT 領(lǐng)域的優(yōu)先解決方案。1)大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)加持下,高性能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)駕駛等新興應(yīng)用加速高算力異構(gòu)集成芯片需求增長(zhǎng)。Chiplet 系統(tǒng)作為超級(jí)異構(gòu)系統(tǒng),先進(jìn)的集成技術(shù)在3D空間的擴(kuò)展可以極大提高芯片規(guī)模,如新世代服務(wù)器 CPU 采用的高內(nèi)核數(shù)架構(gòu),極大提升處理器極限性能。據(jù) Omdia 預(yù)計(jì),2024 年計(jì)算領(lǐng)域?qū)⒊蔀?Chiplet 的主要應(yīng)用市場(chǎng),收入占比達(dá)到92%。2)Chiplet 可提供一種 IoT 芯片的組裝化思路,在架構(gòu)設(shè)計(jì)中更合理權(quán)衡功能和工藝,定制化組合產(chǎn)品有望解決 IoT 行業(yè)終端應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)需求碎片化的痛點(diǎn)。全球 Chiplet 市場(chǎng)增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁。根據(jù) Omdia 測(cè)算,全球基于Chiplet 方案的半導(dǎo)體器件市場(chǎng)規(guī)模將從 2018 年 6.45 億美元攀升至 2024 年 58 億美元,CAGR 為44.20%。長(zhǎng)期看,隨著各垂直領(lǐng)域智能化趨勢(shì)持續(xù)滲透,圖形處理、安全引擎、人工智能(AI)整合、低功耗物聯(lián)網(wǎng)控制器等各種異構(gòu)應(yīng)用處理器需求提升,2035 年全球市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步成長(zhǎng)至570億美元,2018-2035 年 CAGR 為 30.16%。
2.3 Chiplet 催化先進(jìn)封裝升級(jí),國(guó)內(nèi)廠商積極布局
目前支持 Chiplet 的先進(jìn)封裝方案按物理結(jié)構(gòu)和電氣連接方式主要可分為MCM(2D)、2.5D、3D 封裝等類型,其中 2.5D/3D 是當(dāng)前先進(jìn)封裝的布局主線。MCM(Multi ChipModule)是常見的 2D 集成應(yīng)用,是將多個(gè)裸芯片高密度水平安裝在同一多層基板上構(gòu)成一個(gè)完整的部件。3D 封裝則將各芯片進(jìn)行堆疊,在芯片制作電晶體(CMOS)結(jié)構(gòu),直接在芯片上打孔和布線電氣連接上下層芯片,封裝密度可得到大幅提升,但是技術(shù)門檻較高。2.5D封裝則將多個(gè)芯片并列排在帶有垂直互連通孔(TSV)、高密度金屬布線(RDL)、微凸點(diǎn)(Bumps)的中介層上,實(shí)現(xiàn)裸片和基板之間的連接,相比 2D 封裝基于硅中介層的封裝技術(shù)提供更高的 I/O 密度和更低的傳輸延遲和功耗,同時(shí)優(yōu)化 3D 封裝芯片內(nèi)TSV 的高溫和鉆孔難度問題,具備較高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
Chiplet 方案對(duì)封裝工藝提出更高要求,將持續(xù)推動(dòng)先進(jìn)封裝技術(shù)整合。Chiplet 與SiP相似,都是進(jìn)行不同元件間的整合與封裝,而 Chiplet 的各裸芯片之間是彼此獨(dú)立的,整合層次更高。Chiplet 方案需要減少 die-to-die 互連時(shí)延同時(shí)保證信號(hào)傳輸質(zhì)量,要求實(shí)現(xiàn)更高的芯片布線密度,進(jìn)一步催化先進(jìn)封裝向高集成、高 I/O 密度的路線發(fā)展。目前主流集成電路封裝按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為倒裝封裝(Flip Chip)和晶圓級(jí)封裝(WLCSP),實(shí)現(xiàn)封裝互連密度提升主要有兩種路徑,即主流的倒裝封裝需要進(jìn)一步優(yōu)化鍵合與組裝工藝,縮小凸點(diǎn)間距;或者進(jìn)行多芯片系統(tǒng)級(jí)封裝時(shí)采用晶圓級(jí) Fan-in 和 Fan-out 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)不同工藝的融合創(chuàng)新。
國(guó)際 IDM、Fab、OSAT 巨頭持續(xù)加強(qiáng)相關(guān)研發(fā)投資力度與產(chǎn)能布建,推出融合多種先進(jìn)封裝技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)方案。目前全球先進(jìn)封裝 Intel、TSMC、Samsung 等國(guó)際巨頭多家公司均創(chuàng)建起獨(dú)立的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng),其中 Intel 和臺(tái)積電已突破超高布線密度的3D混合鍵合技術(shù),在 Chiplet 先進(jìn)封裝市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位。1)臺(tái)積電先進(jìn)封裝布局具有市場(chǎng)前瞻性,推出的 3D Fabric 平臺(tái),搭載前端 3D Silicon Stacking(SoIC)和后端CoWoS 系列、InFO等先進(jìn)封裝技術(shù),目前已形成相對(duì)成熟的各層級(jí) 2.5D/3D 封裝解決方案,以滿足高性能計(jì)算、移動(dòng)運(yùn)算、汽車電子、消費(fèi)電子等多樣化市場(chǎng)需求。2)Intel 于2019 年推出的Co-EMIB方案,融合 2D EMIB 封裝和 Foveros 3D 封裝技術(shù),利用高密度的互連技術(shù),讓芯片在水平和垂直方向上同時(shí)獲得延展,實(shí)現(xiàn)高帶寬、低功耗和相當(dāng)有競(jìng)爭(zhēng)力的I/O 密度。Intel 憑借混合鍵合技術(shù)(Hybrid Bonding),芯片接口凸點(diǎn)密度未來有望縮減到10μm,凸點(diǎn)數(shù)量達(dá)到每平方毫米 10000 個(gè)。
目前國(guó)內(nèi)在先進(jìn)制程技術(shù)上與國(guó)際廠商仍存在明顯差距,Chiplet 方案為國(guó)內(nèi)芯片制造業(yè)提供彎道超車機(jī)會(huì)。國(guó)內(nèi)芯片廠商可以通過采用 Chiplet 方案來彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)先進(jìn)制程產(chǎn)業(yè)鏈落后的劣勢(shì),一定程度上通過先進(jìn)封裝來提升芯片性能。國(guó)內(nèi)領(lǐng)先封測(cè)企業(yè)順應(yīng)趨勢(shì),在支持 Chiplet 方案的先進(jìn)封裝布局已初顯成果。長(zhǎng)電科技 2023 年 1 月宣布,公司 XDFOI Chiplet 高密度多維異構(gòu)集成系列工藝已按計(jì)劃進(jìn)入穩(wěn)定量產(chǎn)階段,基于利用有機(jī)重布線堆疊中介層涵蓋 2D、2.5D、3D Chiplet 集成,同步實(shí)現(xiàn)國(guó)際客戶 4nm 節(jié)點(diǎn)多芯片系統(tǒng)集成封裝產(chǎn)品出貨。通富微電與AMD 密切合作,是AMD的重要封測(cè)代工廠,在 Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D 堆疊等方面均有布局和儲(chǔ)備,現(xiàn)已具備 7nm Chiplet 先進(jìn)封裝技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)能力。
Chiplet 方案的廣泛應(yīng)用將推動(dòng)對(duì)芯片測(cè)試需求增長(zhǎng)。相比SoC 封裝,Chiplet 架構(gòu)芯片的制作需要多個(gè)裸芯片,單個(gè)裸芯片的失效則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)芯片的失效,這要求封測(cè)公司進(jìn)行更多數(shù)量的測(cè)試以減少失效芯片帶來的損失,芯片測(cè)試業(yè)務(wù)有望受益。
3 重點(diǎn)公司
3.1 長(zhǎng)電科技:全球封測(cè)龍頭,先進(jìn)封裝促新成長(zhǎng)
長(zhǎng)電科技是全球第三、中國(guó)大陸第一 OSAT 廠商,2021 年全球市占率10.82%。公司提供全方位的芯片成品制造一站式服務(wù),產(chǎn)品、服務(wù)和技術(shù)覆蓋高、中、低各種半導(dǎo)體封測(cè)類型,涉及多種半導(dǎo)體產(chǎn)品終端市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。在韓國(guó)、新加坡、中國(guó)江陰、滁州、宿遷均設(shè)有分工明確、各具技術(shù)特色和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的全球運(yùn)營(yíng)中心,客戶遍布世界主要地區(qū),涵蓋集成電路制造商、無晶圓廠公司及晶圓代工廠。通過高集成度的晶圓級(jí)WLP、2.5D/3D、系統(tǒng)級(jí)(SiP)封裝技術(shù)和高性能的 Flip Chip 和引線互聯(lián)封裝技術(shù),業(yè)務(wù)已涵蓋網(wǎng)絡(luò)通訊、移動(dòng)終端、高性能計(jì)算、車載電子、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)智造等領(lǐng)域。按市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域劃分,2022H1 營(yíng)收結(jié)構(gòu)中通訊、消費(fèi)、運(yùn)算、工業(yè)及醫(yī)療、汽車電子分別占比為36.7%、31.3%、18.4%、10.1%、3.6%。
專注創(chuàng)新求發(fā)展,加速落地先進(jìn)工藝研發(fā),聚焦關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在5G通信類、HPC、消費(fèi)類、汽車和工業(yè)等重要領(lǐng)域擁有行業(yè)領(lǐng)先的先進(jìn)封裝技術(shù)(如SiP、WL-CSP、FC、eWLB、PiP、PoP 及 XDFOI?系列等),并實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。2023 年1 月,公司在其公眾號(hào)表示,XDFOI Chiplet 高密度多維異構(gòu)集成系列工藝已按計(jì)劃進(jìn)入穩(wěn)定量產(chǎn)階段,同步實(shí)現(xiàn)國(guó)際客戶 4nm 節(jié)點(diǎn)多芯片系統(tǒng)集成封裝產(chǎn)品出貨,最大封裝體面積約為1500mm2的系統(tǒng)級(jí)封裝。未來隨著先進(jìn)封裝需求上行及行業(yè)景氣度修復(fù),疊加國(guó)內(nèi)安全自主可控需求趨強(qiáng),公司憑借自身技術(shù)、產(chǎn)品、客戶、規(guī)?;葍?yōu)勢(shì),有望充分受益。營(yíng)收增長(zhǎng)穩(wěn)定,盈利能力持續(xù)提升。2022Q1-Q3,公司營(yíng)業(yè)收入為247.78 億元,同比增長(zhǎng) 13.05%;歸母凈利潤(rùn)為 24.52 億元,同比增長(zhǎng) 15.92%。主要受益于公司持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品組合,聚焦高附加值應(yīng)用,積極布局包括網(wǎng)絡(luò)通訊、移動(dòng)終端、高性能計(jì)算、車載電子、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)智造等領(lǐng)域,持續(xù)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí),采取降本增效措施,部分克服了材料成本、動(dòng)力成本、運(yùn)輸成本等上漲帶來的壓力,保持盈利能力的持續(xù)提升等。
期間費(fèi)用率整體呈優(yōu)化趨勢(shì)。2018-2022Q3,銷售費(fèi)用率從1.2%降至0.57%;管理費(fèi)用率從 4.66%降至 3.25%;財(cái)務(wù)費(fèi)用率從 4.74%降至-0.05%,主要系借款減少致利息費(fèi)用下降。2022Q3,研發(fā)費(fèi)用率為 3.96%,研發(fā)費(fèi)用為 9.8 億元,同比增長(zhǎng)13.98%,主要系公司重視研發(fā),持續(xù)加大對(duì)先進(jìn)技術(shù)的投入,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和供應(yīng)鏈,提升核心競(jìng)爭(zhēng)力。
3.2 通富微電:全球先進(jìn)封測(cè)龍頭,Chiplet 開啟新增長(zhǎng)曲線
通富微電是全球第五、中國(guó)大陸第二 OSAT 廠商,2021 年全球市占率5.08%。公司提供集成電路封裝測(cè)試一體化服務(wù),采用全球先進(jìn)的設(shè)備和工藝,布局七大生產(chǎn)基地,員工總數(shù)近 2 萬人,生產(chǎn)總面積超過 100 萬平米。其中,通過收購(gòu)AMD 蘇州及AMD檳城各85%股權(quán),充分利用其 CPU、GPU 量產(chǎn)封測(cè)平臺(tái),深度參與國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體高端芯片產(chǎn)業(yè)化過程;同時(shí)已成為 AMD 最大的封裝測(cè)試供應(yīng)商,占其訂單總數(shù)80%以上。隨著在南通、合肥、蘇州、檳城、廈門等多地持續(xù)布局,產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)